En los reguladores de conmutación, el elemento
regulador es un transistor que está constantemente conmutando entre
corte y saturación.
En estas regiones de operación, el transistor disipa muy poca potencia (típicamente menos de 1mW en corte y menos de 1W en saturación).
Debido a este modo de operación, los reguladores de conmutación
son bastante eficientes (a menudo alcanzan el 80% de eficiencia),
especialmente cuando las diferencias entre la entrada y la salida
son altas.
Además, los reguladores de conmutación pueden generar tensiones de salida mayores que la entrada no regulada y tensiones de salida de polaridad opuesta a la entrada.
Otra ventaja que tienen las fuentes de alimentación conmutadas
(switchers) es que se pueden conectar directamente a la
tensión de la línea rectificada y filtrada, sin que sea necesario
un transformador de potencia
de alterna, dando lugar a las fuentes conmutadas conectadas a la
línea (line-powered switching supplies).
El resultado es una fuente de continua pequeña, ligera y además
funcionan a menor temperatura debido a su mayor eficiencia. Por
estas razones, las fuentes conmutadas se utilizan casi universalmente
en computadores y en instrumentos
portátiles.
Los principales problemas que tienen las fuentes conmutadas son el ruido de conmutación presente en la salida y el costo.
En los reguladores de conmutación (figura 11.11),
un transistor
que funciona como conmutador aplica periódicamente toda la tensión
no regulada a una autoinducción durante intervalos cortos.
La corriente de la autoinducción
crece durante cada pulso, almacenando una energía (1/2LI2)
que se transfiere a un filtro capacitivo a la salida.
Igual que en los reguladores lineales, se compara la salida con una tensión de referencia, pero en los reguladores de conmutación la salida se controla cambiando la anchura de pulso del oscilador en vez de controlando linealmente la tensión de base.
El corazón del regulador de conmutación es un
oscilador PWM (modulación por anchura de pulsos) en donde la anchura
de pulso es controlada por tensión.
La salida del PWM conmuta un transistor entre corte y saturación, con un ciclo útil (duty cycle) que se controla con la diferencia entre la tensión de realimentación VFB y VREF.
Básicamente, si el VFB > VREF el ciclo útil del PWM disminuye hasta que VFB = VREF; Por el contrario si VFB < VREF, el ciclo aumenta.
Por tanto, el voltaje de salida es proporcional al ciclo útil del PWM. Frecuencias típicas para el PWM están en el rango de 1kHz a 200kHz. Debido a las altas frecuencias que se utilizan, los componentes del filtro pueden ser relativamente pequeños y aún así consiguen una excelente reducción del rizado.
La mayoría de los reguladores de conmutación modernos
emplean FETs VMOS y DMOS de potencia como
elemento de conmutación para conseguir una mayor velocidad de operación.
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